Estequiometria. Priscila Milani

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1 Estequiometria Priscila Milani

2 Cálculo de massa para amostras impuras: Reagentes impuros, principalmente em reações industriais, ou porque eles são mais baratos ou porque eles já são encontrados na Natureza acompanhados de impurezas (o que ocorre, por exemplo, com os minérios). Consideremos, o caso do calcário, que é um mineral formado principalmente por CaCO 3 (substância principal), porém acompanhado de várias outras substâncias (impurezas): se em 100 g de calcário encontramos 90 g de CaCO 3 e 10 g de impurezas, dizemos que o calcário tem 90% de pureza (porcentagem ou teor de pureza) e 10% de impurezas (porcentagem das impurezas). Se a porcentagem de pureza é 90%, o grau de pureza será igual a 90/100 = 0,90 2

3 Exemplo: Deseja-se obter 180 litros de dióxido de carbono, medidos nas condições normais, pela calcinação de um calcário de 80% de pureza. Qual a massa de calcário necessária? (Massas atômicas: C = 12; O = 16; Ca = 40) 100g 100% X 80%(porcentagem de pureza) X=80g de CaCO 3 Significa que a cada 100g do calcário, apenas 80g são CaCO 3 Resolução: CaCO 3 CaO + CO 2(g) 100g 22,4L X. 0,8 180L X= ,8. 22,4 X=1004,46g de CaCO 3 3

4 Exemplo: O óxido de magnésio é produzido a partir do magnésio na presença de oxigênio. Dispomos de 120 g de magnésio com 80% de pureza. Utilizando toda essa quantia, quanto conseguiremos produzir de óxido de magnésio?(massas molares: Mg=24g/mol; O=16g/mol) 2Mg + O 2(g) 2MgO ,8 X X=160 g de óxido de magnésio 4

5 Reagente em excesso e reagente limitante: Nem sempre uma reação química acontece por completo. Isso ocorre, por exemplo, quando um dos reagentes está em excesso e parte dele não reage. O outro reagente, que é consumido primeiro, é denominado reagente limitante. Exemplo: Considere a reação: 2CO (g) + O 2(g) 2CO 2(g) Com base na estequiometria, são necessárias 2 moléculas de CO para reagir com uma molécula de oxigênio e formar 2 moléculas de CO 2 a proporção é portanto 2:1:2 Se tivermos excesso de um dos reagentes: 2CO (g) + 2O 2(g) 2CO 2(g) + O 2(g) Não está de acordo com a relação estequiométrica, verifica-se que o CO é totalmente consumido enquanto que o oxigênio não. Isso significa que o oxigênio é o reagente em excesso e o CO é o reagente limitante. Reagente limitante realmente limita a reação, pois depois que ele é totalmente consumido, a reação cessa, não importando a quantidade em excesso que ainda tenha 5 outro reagente.

6 Exercícios: A massa de 138g de álcool etílico (C 2 H 6 O) foi posta para queimar com 320g de oxigênio, em condições normais de temperatura e pressão. Qual é a massa do gás carbônico liberado e o excesso de reagente, se houver? (massas molares: C=12g/mol; O=16g/mol; H=1g/mol) 1mol 46g X 138g X=3 mol de Etanol 1mol X 32g 320g C 2 H 6 O + 3O 2(g) 2CO 2(g) + 3H 2 O Pela estequiometria: 1mol etanol : 3 mol oxigênio dessa forma: 3mol etanol : 9 mol oxigênio então está sobrando 1 mol de oxigênio, ou seja, o etanol é o reagente limitante e o oxigênio é o reagente em excesso. X=10 mol de O 2 46g 3. 32g 2.44g 138g X X=264g de CO 2 serão liberados 138g Y Y=288g de O 2 serão utilizados 320g 288g = 32g de O 2 estão sobrando 6

7 Rendimento Teórico e Rendimento Percentual Quantidade Real de Produtos - quantidade obtida no final da reação, medida em gramas ou mols ( quantidade medida experimentalmente). Quantidade Teórica ou Rendimento Teórico é a massa que deveríamos obter se não houvessem perdas ou produtos secundários (quantidade calculada COM BASE NUMA EQUAÇÃO QUÍMICA). Rendimento Percentual relação entre quantidade obtida experimentalmente e quantidade teórica esperada. RENDIMENTO PERCENTUAL = Quantidade Real x 100% Quantidade Teórica 7

8 CALCULANDO O RENDIMENTO PERCENTUAL DE UM PRODUTO Exemplo: Um químico efetua a síntese do tricloreto de fósforo misturando 12,0 g de P com 35,0 g de Cl 2 e obtém 42,4 g de PCl 3. Calcule o rendimento percentual para este composto. 2 P(s) + 3 Cl 2 (g) 2 PCl 3 (l) 1 Etapa. Uma vez que foram fornecidas as massas, deve-se saber qual é o reagente limitante. 12,0 g P X 30,97 g P mol P X = 0,38 mol de P 35 g de Cl X 70,90 g Cl mol Cl 2 X = 0,49 mol Cl 2 Pela estequiometria: 2 mol P : 3 mol de Cloro ou seja 1 mol de P : 1,5 mol de Cloro; dessa forma: 0,38 mol P : 0,57 mol Cloro então está sobrando Fósforo, ou seja, o Cloro é o reagente limitante e o Fósforo é o reagente em excesso. Vemos que não há Cl 2 suficiente para reagir com 12,0 g de P. O Cl 2 será totalmente consumido, ele é o reagente limitante. 8

9 2 Etapa. Para obter o RENDIMENTO TEÓRICO de PCl 3, vamos calcular quantos gramas deste poderiam ser obtidos a partir de 35 g de Cl 2. Analisando-se a Equação 2 P(s) + 3 Cl 2 (g) 2 PCl 3 (l) Pela estequiometria: 3 mol Cl 2 : 2 mol de PCl 3 ou seja 1,5 mol de Cl 2 : 1 mol de PCl 3 ; 0,49 mol Cl X 1,5 mol de Cl mol PCl 3 X = 0,326 mol PCl 3 0,33 mol PCl X 1 mol PCl ,32 g PCl 3 X = 45,3 g PCl 3 3 Etapa. Para obter o RENDIMENTO PERCENTUAL de PCl 3, vamos calcular a relação entre massa obtida e massa esperada. Rendimento %= Quantidade Real x 100% Quantidade Teórica Rendimento % = 42,4 g PCl 3 x 100% = 93,5% 45,3 g PCl 3 9

10 Exercícios Propostos 1. Em 200g de calcário encontramos 180g de CaCO 3 e 20g de impurezas. Qual o grau de pureza do calcário? 200g % 180g y y = 90% de Pureza 2. Uma amostra de 200 g de calcário (com teor de 80% de CaCO 3 ) foi tratada com ácido fosfórico (H 3 PO 4 ) conforme a equação química balanceada: 3CaCO 3 + 2H 3 PO 4 1Ca 3 (PO 4 ) 2 + 3H 2 O + 3CO 2. Calcule a massa de Ca 3 (PO 4 ) 2 formado. Dados : CaCO g/mol; Ca 3 (PO 4 ) g/mol Pela estequiometria: 3 mol de CaCO mol de Ca 3 (PO 4 ) 2 Ou seja: 300 g de CaCO g de Ca 3 (PO 4 ) g % X % X = 160g de CaCO g CaCO X 300 g de CaCO g de Ca 3 (PO 4 ) 2 X = 165,33 g de Ca 3 (PO 4 ) 2 10

11 3. Queimando-se 30g de carbono puro, com rendimento de 90%, qual a massa de dióxido de carbono (CO 2 ) obtida? Utilize a equação: Pela estequiometria: 1 mol de C mol CO 2 Ou seja: 12 g de C g de CO 2 C + O 2 CO g C ---- X 12 g de C g de CO 2 X = 110 g de CO 2 com 100% de Rendimento 90 %---- X 100 % g de CO 2 X = 99 g de CO 2 com 90% de Rendimento 4. Foram misturados 40g de gás hidrogênio (H 2 ) com 40g de gás oxigênio (O 2 ), com a finalidade de produzir água, conforme a equação: 2 H 2 + O 2 2 H 2 O. Determine: a)o reagente limitante; b)a massa de água formada; 11 c)a massa de reagente em excesso.

12 a) Reagente limitante: 40,0 g H X 2 g H mol H 2 X = 20 mol de H 2 40 g O X 32 g O mol O 2 X = 1,25 mol O 2 Pela estequiometria: 2 mol H 2 : 1 mol de O 2 dessa forma: 20 mol H 2 : 10 mol Oxigênio então está sobrando Hidrogênio, ou seja, o Oxigênio é o reagente limitante e o Hidrogênio é o reagente em excesso. b) Água Formada: 40 g O X 32 g O g H 2 O X = 45 g H 2 O Pela estequiometria: 1 mol O 2 : 2 mol de H 2 O; dessa forma: 32 g O 2 : 36 g de água c) Reagente em excesso: 40 g O X 32 g O g H 2 X = 5 g de H 2 reagem Pela estequiometria: 1 mol O 2 : 2 mol de H 2 ; dessa forma: 32 g O 2 : 4 g de Hidrogênio Quantidade de H 2 em excesso: massa inicial massa consumida Quantidade de H 2 em excesso: 40 5 = 35 g de H 2 12

13 5. O ácido sulfúrico de larga utilização e fator determinante do índice de desenvolvimento de um país, é obtido pela reação SO 3 + H 2 O H 2 SO 4. Reagimos 80g de trióxido de enxofre (SO 3 ) com água em excesso e condições necessárias. Qual a massa de ácido sulfúrico obtida nessa reação que tem rendimento igual a 75%? Resposta:73,5 g de H 2 SO 4 6. A equação de decomposição da pirita (FeS) é: FeS + O 2 SO 2 + Fe 2 O 3. Qual a massa de óxido de ferro III obtida, em kg, a partir de 300 kg de pirita, contendo 20% de impurezas? Resposta:218,18 kg de Ferro 13

14 7. 32,70g de zinco metálico (Zn) reagem com uma solução concentrada de hidróxido de sódio (NaOH), produzindo 64,53g de zincato de sódio (Na 2 ZnO 2 ). Qual o rendimento dessa reação? Equação química: 2 NaOH + Zn Na 2 ZnO 2 + H 2 Resposta: 89,69% de Rendimento 8. 4g de hidróxido de sódio (NaOH) são adicionados a 4g de ácido clorídrico (HCl), produzindo cloreto de sódio (NaCl) e água. Pergunta-se: há excesso de qual reagente? Resposta: 0,35g de HCl 9. O nitrato de potássio (KNO 3 ) é conhecido pelas suas propriedades diuréticas. Uma das reações em que podemos obter este composto é dada a seguir: AgNO 3 + KCl KNO 3 + AgCl. Dispondo de 425g de nitrato de prata com 80% de pureza, qual a massa de nitrato de potássio que obtemos se o rendimento da reação é de 60%? 14 Resposta: 121,2 g de KNO 3

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